JPH11255048A - 補強構造を有する構造部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、例えば自動車のバンパーの補強部
材やその他の一般構造部材において、形成材料の容量
（重量）を大きくしないで、正面方向からの荷重に対し
てはもちろん、斜め方向からの荷重に対しても強度を最
大限に発揮でき座屈を抑制できる断面形状とすることに
よって、形成材料を効率使用して軽量化を実現可能にす
る構造部材を提供する。 【解決手段】 １以上の隅部を有する中空部材におい
て、荷重の作用方向で相対する壁間に、屈曲部を形成し
た一対の主スティを、屈曲部の屈曲方向が反対になるよ
うに配設し、この一対の主スティの屈曲部間、または主
スティの屈曲部と相対する中空部材の短辺壁との間に補
強スティを配設して座屈を抑制する、構造部材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、各種の車両におい
て安全性の確保、車体損傷の軽減のために、これらの車
両の緩衝器（以下「バンパー」という。）や車体等に用
いられる構造部材、あるいは一般の構造物において用い
られる構造部材の補強法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車において用いられるバン
パーは、一般的には、例えば図７（ａ）に示すように、
外殻１と、この外殻１を補強する補強部材２と、外殻１
と補強部材２間に介在させた緩衝材３を組み立てて形成
するものが知られている（参考技術 特開平７−７６２
５１号公報、特開平８−８０７８９号公報記載の技術、
他）。

【０００３】このバンパーにおいては、外殻１と補強部
材２は、図７（ｂ）に示すように、それぞれ、車体（フ
レーム）４への取付部５、６を有しており、外殻１と補
強部材２間に緩衝材３を介在させて外殻１と補強部材２
を、それぞれボルト・ナット７、８によって車体４の前
端部（後端部）に取り付けることによりバンパーとして
機能させるようにしている。

【０００４】このようなバンパーにおいては、例えば、
衝突による衝撃荷重ｗは、バンパーの外殻１から、緩衝
材３、補強部材２を経て車体フレーム４に伝達され、そ
の過程で、外殻２、緩衝材３、補強部材２の変形によっ
て衝撃が緩和される。例えば、このバンパーの場合で
は、補強部材２として、荷重ｗ方向で相対する長辺の壁
板２ａと２ｂ間に主スティ９ａ、９ｂを等間隔（対称）
に設けてなる断面目型の中空部材が用いられている。

【０００５】しかし、補強部材２が、このような主ステ
ィ９ａ、９ｂを有する場合、正面方向からの荷重ｗに対
しては、例えば図８（ｂ）に示すように変形して補強効
果が発揮されるが、斜め方向からの荷重ｗに対しては、
例えば図８（ｃ）に示すような倒壊現象が発生し、主ス
ティ９ａ、９ｂによる補強効果が十分に発揮されないこ
とがある。また、この補強部材は大きな衝撃荷重を受け
るため、主として強度確保が容易な鋼材によって形成さ
れており、その製造に際しては圧延、切断、曲げ加工、
溶接等の作業を伴うため製造コスト削減の要請も高い。

【０００６】一方、近年、各種の自動車においては、燃
費節減、事故規模の軽減の観点から軽量化の要請が高ま
ってきている折り、この部材の断面形状が、使用材料の
強度を最大限に発揮させ軽量化の要請に応えられる最適
のものかどうかの観点では、必ずしも十分に評価できる
ものとの確証は得られていない。また、軽量化のため
に、補強部材にアルミニウム材を用いることについても
知られているが、少ない容量（重量）で十分な強度を確
保する最適の断面形状のものであるとの確証は得られて
いない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、例えば自動
車のバンパーの補強部材やその他の一般構造部材におい
て、形成材料の容量（重量）を大きくしないで、正面方
向からの荷重に対してはもちろん、斜め方向からの荷重
に対しても強度を最大限に発揮でき断面の偏平（座屈）
を抑制できる断面形状とすることによって、形成材料を
効率使用して軽量化を実現可能にする構造部材の補強方
法と構造部材を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の構成を
要旨とするものである。 （１） １以上の隅部を有する中空部材であって、荷重
の作用方向で相対する壁間に、屈曲部を形成した一対の
主スティを、屈曲部の屈曲方向が互いに反対方向となる
ように配設し、この一対の主スティの屈曲部間に補強ス
ティを配設したことを特徴とする補強構造を有する構造
部材。 （２） １以上の隅部を有する中空部材であって、荷重
の作用方向で相対する壁間に、屈曲部を形成した主ステ
ィを配設し、この主スティの屈曲部と相対する中空部材
の壁との間に補強スティを配設したことを特徴とする補
強構造を有する構造部材。 （３） （２）において、補強スティの屈曲部と相対す
る中空部材の壁に、座屈主荷重を中央部側に誘導する屈
曲部が形成されていることを特徴とする補強構造を有す
る構造部材。

【０００９】

【発明の実施形態】本発明は、１以上の隅部を有する中
空の構造部材を、形成材料の容量（重量）を大きくしな
いで、正面方向からの荷重に対してはもちろん、斜め方
向からの荷重に対しても強度を最大限に発揮でき座屈を
抑制できる断面形状とすることによって、形成材料を効
率使用して構造部材の軽量化を実現可能にするものであ
る。

【００１０】より具体的には、予め意図した方向に座屈
させるように、中空部材を補強する主スティ（ここで
は、荷重の作用方向で相対する中空部材の壁間を保持す
る保持体を意味する、以下「主スティ」という。）に対
して、屈曲変位を与えて座屈主荷重を中央部側に誘導す
るようにし、この屈曲部を、補強スティ（ここでいう
「補強スティ」とは、主スティと交叉する方向から主ス
ティの支えになるもので、基本的には、引張荷重か圧縮
荷重で支えるものである、以下「補強スティ」とい
う。）で補強して座屈の進行を抑制するものである。

【００１１】本発明でいう隅部（曲面状に形成された隅
部を含み、以下「隅部」という。）を有する中空の構造
部材とは、例えば前記図７（ｂ）に示す自動車のバンパ
ーに用いられる補強部材や、車体、あるいは一般の構造
物において用いられる構造部材（以下「構造部材」とい
う。）で、例えば断面が四角形や台形あるいは多角形の
中空部材のように４以上の隅部を有するもの、断面が三
角形の中空部材のように３隅部を有するもの、あるいは
断面が半円形の中空部材のように２隅部を有する構造部
材が代表的なものとしてあげられる。

【００１２】この構造部材を形成する材料としては、鋼
材が一般的であるが、製造方法として、圧延、切断、曲
げ加工、穿孔、溶接、嵌め込み等の作業を伴う製造方法
を採用する場合、製造コストの面で不利があるので、所
定形状の補強部を有する構造部材が一体的に得られる押
出成形や鋳造等の製造方法を採用することがより好まし
い。また、鋼材の場合には、比重が大きいため、軽量化
の要請には十分に応えられない場合があるため、軽量化
が容易であり鋳造や押出成形等により所定形状の補強部
を有する一体的な構造部材が容易に得られる、例えばア
ルミニウムやその合金等の軽金属材料や合成樹脂材料等
の軽量材料を用いることが有効である。

【００１３】本発明者等は、従来から用いられている荷
重の作用方向で相対する壁管に２条の主スティを配設し
た断面目型の構造部材について、荷重Ｗを付与する座屈
実験を行ったところ、断面目型の構造部材に荷重が作用
した場合の座屈は対称に起こるとは限らないことが判明
した。

【００１４】つまり、主スティの効果は、長辺の壁面と
直角方向から荷重が作用した場合に、補強効果が発揮さ
れるが、寸法誤差、その他の要因によって、偏った方向
に座屈荷重が作用した場合、偏った方向に座屈、倒壊し
て、補強効果が十分に発揮されないことが判明した。

【００１５】本発明者らは、これらの実験結果から、実
際の使用条件下では荷重の作用方向が固定される訳でな
く、多くの場合は偏った方向に座屈することを考慮する
と、、主スティを設けた従来方の目型断面の構造部材で
は、十分な補強効果が得られないと認識するに至った。
そこで、例えば斜め方向から荷重が作用した場合におい
ても、座屈を抑制できる主スティによる補強構造につい
て実験を重ね上記の各発明に到達した。

【００１６】本発明では、基本的には、主スティとこの
主スティを補強する補強スティを有する断面形状を有
し、主スティに屈曲部や屈曲面（ここでいう屈曲部とは
曲部を含み、屈曲面とは曲面を含むもので、以下「屈曲
部」と「屈曲面」を総称して「屈曲部」という。）を形
成して、荷重が作用したとき、主スティの屈曲部に主荷
重を一定の方向に集中させて主スティの屈曲部を補強ス
ティにより補強するようにしたものである。この補強ス
ティは、主スティの屈曲部の座屈による変位を抑制して
座屈を抑制するために設けるものであり、引張荷重を受
けるように配置しても、圧縮荷重を受けるように配置し
てもよい。

【００１７】補強スティは、引張荷重を受ける側と圧縮
荷重を受ける側の両側に配置してもよいが、この場合、
例えば自動車のバンパーの補強部材のように、適度の緩
衝効果が求められるものとして用いる際には、座屈抑制
が過剰になり緩衝効果を阻害したり、重量増加があり軽
量化促進の面ではマイナスになる。

【００１８】また、補強スティは、構造部材の長さ方向
に連続形成され、主スティを全長にわたって連続的に支
えるようにしてもよく、断続的に複数配置して主スティ
をところどころで支えるようにしても良い。この補強ス
ティとしては、連続的に支える場合には板状体や管状
体、また、ところどころで支える場合には、板状体、短
管状体のまたは環状体（リング）などが主に用いられ
る。

【００１９】主スティは、構造部材の長さ方向に連続形
成され、壁間を全長にわたって連続的に支えるようにし
てもよく、断続的に複数配置して壁間をところどころで
支えるようにしても良い。この主スティとしては、壁間
を連続的に支える場合には板状体や管状体、また、とこ
ろどころで支える場合には板状体、短管状体のまたは環
状体などが主に用いられる。この主スティの屈曲部は、
座屈主荷重を誘導できれば主スティ全体に形成されてい
てもよいし、局部的に形成されていてもよい。

【００２０】また、屈曲の方向は、左右いずれの方向で
もよいが、例えば２本の主スティを設ける場合には、こ
の屈曲の方向は互いに反対方向の向きにすることが有効
である。主スティの屈曲部は、一側にのみ凸曲面または
凹曲面を形成したり、両側に凹曲面を形成することによ
って形成してもよい。

【００２１】なお、補強スティは、基本的には、主ステ
ィと主スティ間または主スティと構造部材の壁間に設け
るものであるが、主スティと補強スティの配置は対称で
あることは必須ではない。例えば、荷重の作用方向が容
易に想定されるような条件で用いられる構造部材の場合
では、積極的に非対称に配置することも有効な場合もあ
り、この場合には、このような非対称配置を考慮するこ
とが有効である。この配置については、材料、断面形状
と応力の程度と作用方向、応力作用位置、設定強度等を
考慮して選択し、極力重量（容量）を増加させない範囲
内で決定する。

【００２２】なお、主スティと補強スティ、または補強
スティと壁との連結部位には、座屈作用により応力が集
中しやすいので、例えば、連結部を肉厚にしたり、管状
体を介した連結部とするなどして連結部を補強したり、
応力集中を緩和することが有効である。

【００２３】構造部材を形成する材料は、鋼材が一般的
であるが、製造方法としては、圧延、切断、曲げ加工、
穿孔、溶接、嵌め込み等の繁雑な作業を伴う製造方法を
採用する場合、生産性、製造コストの面で不利があるの
で、主スティと補強ステイが一体的に得られる、例えば
押出成形等による製造方法を採用することも考慮する。

【００２４】また、鋼材の場合には、比重が大きいた
め、軽量化の要請には十分に応えられない場合があるの
で、軽量化が容易であり主スティと横ステイを一体的に
得られる例えば押出成形等による製造方法の適用が容易
である、例えばアルミニウムやその合金等の軽金属材料
や合成樹脂材料等の軽量材料を用いることも有効であ
る。また、構造部材は、すべて同じ材料で形成されるこ
とは不可欠ではない。

【００２５】以下に、本発明による構造部材例の座屈特
性について、従来の断面が目型の構造部材例との座屈特
性と比較して図１、図２に基づき説明する。図１（ｂ）
は、前記図８（ａ）に示した、従来の目型の矩形断面の
構造部材例（断面寸法：長辺７０mm、短辺３０mm、主ス
ティを等間隔配置、厚みは２mmで共通）を示し、図１
（ａ）は、これと同じ断面積（同じ重量）を有する本発
明の構造部材（例）の座屈試験結果を比較して示したも
のである。

【００２６】本発明の構造部材（例）は、従来の目型の
矩形断面の構造部材例と同様、矩形断面を有する有する
ものであり、荷重ｗの作用方向で相対する壁２ａ、２ｂ
間に内側に屈曲変位（ｘ）する屈曲部１０ｃを形成した
一対の主スティ１０ａ、１０ｂを、屈曲部２ｃの屈曲方
向が反対になるように間隔を開けて配設し、この一対の
主スティ１０ａ、１０ｂの屈曲部１０ｃ間に補強スティ
１１を配設したものであり、この補強スティに圧縮荷重
が加わるようにしたものである。

【００２７】座屈実験結果の結果は、図２に示す通り
で、本発明の構造部材では、最大荷重（応力）はあまり
増えていないが、これは従来の目型の矩形断面の構造部
材と同様に座屈を始める瞬間まで補強スティ１１がその
機能を果たしていないためである。しかし、主スティ１
０ａ、１０ｂに座屈が生じた後、座屈主荷重が中央部側
に誘導される結果、補強スティによる補強機能が最大に
作用し荷重（応力）の急激な減少を抑え、吸収エネルギ
ーの大幅な増加、すなわち、耐座屈特性が概ね２倍に向
上することを示している。

【００２８】なお、ここでの屈曲変位ｘは、２〜４mmで
あれば十分であり、荷重方向が正面方向の場合だけでは
なく斜め方向の場合にも、概ね同様の座屈抑制効果が得
られることが確認している。また、ここでは主スティ１
０ａ、１０ｂは内側に屈曲させ、座屈が開始した際、補
強スティに圧縮荷重が加わるようにしているが、主ステ
ィ１０ａ、１０ｂを外側に屈曲させ、座屈が開始した
際、補強スティに引張荷重が加わるようにしても概ね同
様の座屈抑制効果が得られることも確認している。ま
た、座屈を誘導する屈曲部１２ｃを形成した主スティ１
０ａ、１０ｂの屈曲部と構造部材の短辺壁２ｃ、２ｄと
の間に補強スティを設け、補強スティに圧縮または引張
荷重が加わるようにしても概ね同様の座屈抑制効果があ
る。

【００２９】以下に、本発明の補強部を有する構造部材
を、排気量が３０００ccクラスの大型乗用車の前部バン
パーの補強部材として適用した場合を代表例として具体
的に説明する。 （１）図３〜図５は、本発明の第一の発明と第三の発明
に係るバンパーの補強部材の構造例を示したものであ
る。この例では、バンパーは、図３（ａ）に示すよう
に、鋼板をプレス加工して形成した外殻１と、本発明に
よる補強部材すなわち、主スティ１２ａ、１２ｂと補強
スティ１３による補強構造を有する断面矩形の補強部材
２と、外殻１と補強部材２間に介在させた緩衝材３から
なっており、このバンパーは、外殻１の上端部の取付部
５と補強部材２の取付部６を車体（フレーム）４に、ボ
ルトナット７、８により、それぞれ取り付けられ固定さ
れる。例えば、衝突した場合には、衝撃による荷重Ｗは
外殻１から緩衝材３、補強部材２を経て車体（フレー
ム）４に伝達されるが、その過程で、外殻１と緩衝材３
と補強部材２の変形によって衝撃が緩衝される。

【００３０】補強部材２は、ここでは、アルミニウムを
押出成形により一体に形成したものであり、より具体的
には、図３（ｂ）に示すように、断面は矩形で、荷重ｗ
の作用方向で相対する長辺壁２ａと２ｂ間に、屈曲部１
２ｃ（ここでは曲部）を形成した一対の主スティ１２
ａ、１２ｂと、この一対の主スティの屈曲部１２ｃ間
に、荷重の作用方向から該主スティ１２ａ、１２ｂを支
える補強スティ１３を配したもので両端が開放された中
空の角部材である。

【００３１】ここでは、一対の主スティ１２ａ、１２ｂ
の屈曲部１２ｃは、屈曲方向が外側になるように形成
（反対の向きになるように形成）されている。これは、
主スティ１２ａ、１２ｂが屈曲変位ｘの作用で、衝突し
た場合に衝撃による座屈主荷重ｗを中央部側に誘導し、
座屈が開始したとき、補強スティに引張荷重が十分に作
用し、補強スティ１３が主スティ１２ａ、１２ｂの屈曲
変位ｘの増加を抑制して主スティの補強効果を十分に発
揮するようにしている。

【００３２】補強部材２の他の断面形状例としては、図
４（ａ）〜（ｉ）に示すようなものがある。図４（ａ）
は、衝撃荷重の作用方向で相対する壁２ａ、２ｂ間に配
設の一対の主スティ１４ａ、１４ｂを、それぞれ外側に
屈曲させて屈曲部１４ｃを有するものにし、一対の主ス
ティの屈曲部１４ｃ間に補強スティ１５を配設して、主
スティに対する衝撃による座屈主荷重ｗを中央側に誘導
し、補強スティ１３に引張荷重が作用するようにしたも
のである。

【００３３】図４（ｂ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に配設の一対の主スティ１６ａ、１
６ｂを、それぞれ内側に屈曲させて屈曲部１６ｃとし、
一対の主スティの屈曲部１６ｃ間に補強スティ１７を配
設しており、主スティに対する衝撃による座屈主荷重ｗ
を中央側に誘導し、補強スティ１７には圧縮荷重が作用
するようにしたものである。

【００３４】図４（ｃ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に配設の一対の主スティ１８ａ、１
８ｂを、それぞれ内側に屈曲（ここでは湾曲）させて屈
曲部１８ｃとし、この一対の主スティの屈曲部１８ｃ間
に補強スティ１９を配設しており、主スティに対する衝
撃による座屈主荷重ｗを中央側に誘導し、補強スティ１
９には圧縮荷重が作用するようにしたものである。

【００３５】図４（ｄ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に配設の一対の主スティ２０ａ、２
０ｂを、それぞれ内側に屈曲させて屈曲部２０ｃとし、
一対の主スティの屈曲部間に断面管状の補強スティ２１
を配設しており、主スティに対する衝撃による座屈主荷
重ｗを中央側に誘導し、管状の補強スティ２１に圧縮荷
重が作用するようにしたものである。

【００３６】図４（ｅ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に配設の一対の主スティ２２ａ、２
２ｂの内側の面を凸曲面にして屈曲部２２ｃとし、一対
の主スティの屈曲部２２ｃ間に補強スティ２３を配設し
ており、主スティに対する衝撃による座屈主荷重ｗを中
央側に誘導し、補強スティ２３に圧縮荷重が作用するよ
うにしたものである。

【００３７】図４（ｆ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に配設の一対の主スティ２４ａ、２
４ｂの外側の面を凸曲面にして屈曲部２４ｃとし、一対
の主スティの屈曲部２４ｃに補強スティを配設してお
り、主スティに対する衝撃による座屈主荷重ｗを中央側
に誘導し、補強スティ２５に引張荷重が作用するように
したものである。

【００３８】図４（ｇ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に配設の一対の主スティ２６ａ、２
６ｂを、外側に屈曲させて屈曲部２６ｃとし、一対の主
スティの屈曲部２６ｃ間に補強スティ２７を配設してお
り、主スティに対する衝撃による座屈主荷重ｗを中央側
に誘導し、補強スティ２７に引張荷重が作用するように
したものである。この例では、主スティ２６ａ、２６ｂ
と壁２ａ、２ｂ間、主スティと補強スティ間を管状体２
８を介して連結して、連結部の応力集中を緩和するよう
にしたものである。

【００３９】図４（ｈ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に配設の管状体により形成した主ス
ティ２９の外周部を屈曲部２９ｃとし、この主スティの
屈曲部２９ｃ間に補強スティ３０を配設しており、主ス
ティに対する衝撃による座屈主荷重ｗを中央側に誘導
し、補強スティ３０に引張荷重が作用するようにしたも
のである。

【００４０】図４（ｉ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に配設の一対の主スティ３１ａ、３
１ｂを外側にわずかに屈曲（湾曲）させて屈曲部３１ｃ
とし、主スティ３１ａ、３１ｂ間の間隔が荷重ｗ側に狭
くなるように傾斜させて配設し、この一対の主スティの
屈曲部３１ｃ間に補強スティ３２を配設しており、主ス
ティに対する衝撃による座屈主荷重ｗを中央側に誘導
し、補強スティを引張荷重が作用するようにしたもので
ある。

【００４１】（２）図５〜図６は、本発明の第二の発
明、第四の発明、第五の発明に係るバンパーの補強部材
例を示したものである。この補強部材は、基本的には、
図３に示したような構造のバンパーの補強部材２として
用いられるのものであり、補強部材２の構造のみに特徴
を有するので、バンパーの全体構造については説明を省
略する。

【００４２】補強部材２は、ここでは、アルミニウムを
押出成形により一体に形成したものであり、断面は矩形
で、衝撃荷重方向で相対する壁２ａ、２ｂ間に配設し
た、内側に屈曲させて屈曲部３３ｃを形成した一対の主
スティ３３ａ、３３ｂと、構造部材の短辺壁２ｃ、２ｄ
間に、荷重の作用方向に交叉する方向から、該一対の主
スティを支える補強スティ３４ａ、３４ｂを配設したも
ので、両端が開放された中空の角部材である。

【００４３】ここでは、一対の主スティ３３ａ、３３ｂ
の屈曲部３３ｃは、反対方向に形成されており、主ステ
ィに対する衝撃による座屈主荷重ｗを中央側に誘導し、
主スティ３３ａ、３３ｂが座屈を開始したとき、補強ス
ティ３４ａ、３４ｂに引張荷重が十分に作用し、主ステ
ィ３３ａ、３３ｂの屈曲変位ｘの増加を抑制して主ステ
ィの補強効果を十分に発揮するようにしている。

【００４４】補強部材２の他の断面形状例としては、図
６（ａ）〜（ｆ）に示すようなものがある。図６（ａ）
は、衝撃荷重方向で相対する壁２ａ、２ｂ間に配設の一
対の主スティ３５ａ、３５ｂを、それぞれ外側に屈曲さ
せて屈曲部３５ｃとし、この一対の主スティの屈曲部３
５ｃと構造部材の短辺壁２ｃ、２ｄと間に、荷重の作用
方向に交叉する方向から、該一対の主スティ３５ａ、３
５ｂを支える補強スティ３６ａ、３６ｂを配設してお
り、主スティに対する衝撃による座屈主荷重ｗを中央側
に誘導し、主スティ３５ａ、３５ｂが座屈を開始したと
き、補強スティ３６ａ、３６ｂに圧縮荷重が作用するよ
うにしたものである。

【００４５】図６（ｂ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に一対の主スティ３７ａ、３７ｂ
を、それぞれ内側に屈曲させて屈曲部３７ｃとし、この
一対の主スティの屈曲部３７ｃと構造部材の短辺壁２
ｃ、２ｄと間に、荷重の作用方向に交叉する方向から、
該一対の主スティを支える補強スティ３８ａ、３８ｂを
配設しており、座屈を中央側に誘導し、主スティ３７
ａ、３７ｂが座屈を開始したとき補強スティ３８ａ、３
８ｂに引張荷重が作用するようにしたものである。

【００４６】図６（ｃ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に一対の主スティ３９ａ、３９ｂ
を、それぞれ内側に湾曲させて屈曲部３９ｃとし、この
一対の主スティの屈曲部と構造部材の短辺壁２ｃ、２ｄ
と間に、荷重の作用方向に交叉する方向から、該一対の
主スティを支える補強スティ４０ａ、４０ｂを配設して
おり、主スティ３９ａ、３９ｂに対する衝撃による座屈
主荷重ｗを中央側に誘導し、この一対の主スティが座屈
を開始したとき、補強スティ４０ａ、４０ｂに引張荷重
が作用するようにしたものである。

【００４７】図６（ｄ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に配設の管状体により形成した主ス
ティ４１の外周部を屈曲部４１ｃとし、この主スティの
屈曲部４１ｃと構造部材の短辺壁２ｃ、２ｄ間に、荷重
の作用方向に交叉する方向から、該一対の主スティを支
える補強スティ４２ａ、４２ｂを配設しており、主ステ
ィに対する衝撃による座屈主荷重ｗを中央側に誘導し、
この一対の主スティが座屈を開始したとき、補強スティ
４２ａ、４２ｂに引張荷重が作用するようにしたもので
ある。

【００４８】図６（ｅ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に配設の一対の主スティ４３ａ、４
３ｂを外側にわずかに屈曲させて屈曲部（凸曲面）４３
ｃとし、主スティ４３ａ４３ｂ間の間隔が荷重ｗ側に狭
くなるように傾斜させて配設し、この一対の主スティの
屈曲部４３ｃと構造部材の短辺壁２ｃ、２ｂとの間に、
荷重の作用方向に交叉する方向から、該一対の主スティ
を支える補強スティ４４ａ、４４ｂを配設しており、主
スティに対する衝撃による座屈主荷重ｗを中央側に誘導
し、この一対の主スティが座屈を開始したとき、補強ス
ティに引張荷重が作用するようにしたものである。

【００４９】図６（ｆ）は、衝撃荷重の作用方向で相対
する壁２ａ、２ｂ間に、外側に屈曲させて屈曲部（凸曲
面）４５ｃとした１条の主スティ４５を配設するととも
に、構造部材の一方の短辺壁２ｅを外側に屈曲させて屈
曲部（凸曲面）２ｐとし、主スティ４５と構造部材の一
方の短辺壁２ｅとの間に、荷重の作用方向に交叉する方
向から、該一対の主スティを支える補強スティ４６を配
設しており、主スティに対する衝撃による座屈主荷重ｗ
を中央側にに誘導し、補強スティ４６に引張荷重が作用
するようにしたものである。

【００５０】なお、本発明の構造部材は、上記例のよう
なバンパーの補強部材としてのみ適用されるものではな
く、各種の車両において人的な安全性の確保、車体損傷
の軽減のために車体用の構造部材として、あるいはその
他の一般構造物の構造部材としても適用されるものであ
り、４隅部を有する矩形断面の構造部材にのみに限定さ
れるものではない。また、主スティ、補強スティの形
状、数、配置、製造方法等は、適用対象、構造部材の形
状、規模、要求される重量、強度等に応じて、上記請求
項を満足する範囲内で変更されるものである。

【００５１】また、上記の例では、補強部材をアルミニ
ウムで押出成形により一体に形成し、軽量化をさらに容
易にし、製造コストの大幅削減を実現できるようにした
が、アルミニウム以外の軽量金属材あるいは合成樹脂材
でもよいし、鋼材やステンレス鋼材であってもよい。し
たがって、製造方法としては、押出成形法や、成形加
工、溶接を用いる方法等も用いることができる。主ステ
ィ、補強スティは、構造部材と別に製造し、構造部材と
嵌入、接合によって固定するようにしてもよい。

【００５２】

【実施例】アルミニウムを押出成形して得られた、前記
図３（ｂ）に示したような本発明の構造部材について、
座屈試験を行い耐座屈特性を調査した。調査結果を、従
来の構造部材と比較して、以下に説明する。

【００５３】比較例とした従来の構造部材は、アルミニ
ウムを押出成形して得られた、図１（ｂ）に示したよう
に、矩形断面の中空部材に２条の主スティを配設した目
型の断面を有するもので、厚みが２mm、長辺の長さ７０
mm、短辺の長さが３０mm、長さ２ｍの矩形断面の中空角
材の中空部内に、厚みが２mmの主スティを、等間隔に２
条配設したものである。

【００５４】本発明の構造部材は、前記図３（ｂ）に示
したように従来例と同様の矩形断面の中空部材に、外側
に屈曲する屈曲部（屈曲変位ｘ＝４mm）を有する一対の
主スティを等間隔に配設し、この一対の主スティ間に補
強スティを配設したもので、補強スティの付加したこと
を考慮して、比較例の構造部材と重量が同じになるよう
に、一対の主スティと補強スティの厚みを１．７mmと薄
くしたものである。

【００５５】ここでの座屈実験では荷重ｗの付与位置
を、構造部材の高さ方向の中間点から上下にそれぞれ３
０mmの範囲で変化させ、荷重ｗの付与位置別の各部位の
座屈変位量と最大耐荷重値、および吸収エネルギーをも
って、耐座屈強度の指標とした。その結果、耐座屈強度
は、従来の構造部材の場合、最大荷重８．５ton で変位
０．２mmの平均値であった。

【００５６】これに対して、本発明では、耐座屈強度
は、最大荷重９．５ton で変位０．２２mmの平均値と、
従来例に比較した場合の各部位の耐座屈強度の絶対値が
大きく、各部位間の耐座屈強度の偏差も小さく、荷重付
与位置がが上下方向で多少変化しても、安定した耐座屈
強度を確保できることを示している。また、吸収エネル
ギーも２倍に大きく改善された。これらは、主スティの
屈曲変位による荷重の誘導効果と補強スティによる補強
効果によるものである。このことから、本発明の構造部
材は、従来の目型断面の構造部材の約１．１倍の耐荷重
性および２倍の吸収エネルギー性を実現することが確認
できた。

【００５７】

【発明の効果】本発明では、断面形状が一以上の隅部を
有する中空の構造部材を、その形成材料の容量（重量）
を大きくしないで、強度を最大限にできる断面形状とす
ることによって、構造部材の耐座屈強度を補強すること
ができ、形成材料を効率使用して構造部材の軽量化も実
現可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は、座屈試験に用いた、本発明の構造
部材の断面例と荷重付与方向を示す模式図、（ｂ）図
は、従来の構造部材の断面例と荷重付与方向を示す模式
図。

【図２】図１（ａ）のの本発明の構造部材例と、（ｂ）
図の従来の構造部材例における耐座屈強度を示す説明
図。

【図３】（ａ）図は、本発明による構造部材を補強部材
として用いた自動車のバンパーの構造例を示す側断面説
明図、（ｂ）図は、（ａ）図における補強部材の一部断
面立体説明図。

【図４】本発明による自動車のバンパーの補強部材の他
の断面形状例を模式的に示す側断面説明図。

【図５】本発明による自動車のバンパーの補強部材の構
造例を示す一部断面立体説明図。

【図６】図５における補強部材の他の断面形状例を模式
的に示す側断面説明図。

【図７】（ａ）図は、従来の自動車のバンパーの一般的
な構成材を示す立体説明図。（ｂ）図は、（ａ）図の構
成材により形成された従来の自動車のバンパーの一般的
な構造例を示す側断面説明図。

【図８】従来の補強部材の荷重に対する変形状況を説明
するための断面模式図。

【符号の説明】

１ 外殻 ２ 補強部材 ２ａ、２ｂ 壁 ２ｃ、２ｄ 短
辺壁 ３ 緩衝材 ４ 車体 ５、６ 取付部 ６ｏ 取付孔 ７、８ ボルト・ナット ｗ 荷重 ９ａ、９ｂ スティ １０ａ、１０ｂ
主スティ（１例） ｘ 屈曲変位 １１ 補強スティ １２ａ、１２ｂ
主スティ（２例） １２ｃ 屈曲部 １３ 補強ステ
ィ １４ａ、１４ｂ 主スティ（３例） １４ｃ 屈曲部 １５ 補強スティ １６ａ、１６ｂ
主スティ（４例） １６ｃ 屈曲部 １７ 補強ステ
ィ １８ａ、１８ｂ 主スティ（５例） １８ｃ 屈曲部 １９ 補強スティ ２０ａ、２０ｂ
主スティ（６例） ２０ｃ 屈曲部 ２１ 補強ステ
ィ ２２ａ、２２ｂ 主スティ（７例） ２２ｃ 屈曲部 ２３ 補強スティ ２４ａ、２４ｂ
主スティ（８例） ２４ｃ 屈曲部 ２５ 補強ステ
ィ ２６ａ、２６ｂ 主スティ（９例） ２６ｃ 屈曲部 ２７ 補強スティ ２８ 管状体 ２９ 主スティ（１０例） ２９ｃ 屈曲部 ３０ 補強スティ ３１ａ、３１ｂ 主スティ（１１例） ３１ｃ 屈曲部 ３２ 補強スティ ３３ａ、３３ｂ
主スティ（１２例） ３３ｃ 屈曲部 ３４ａ、３４ｂ
補強スティ ３５ａ、３５ｂ 主スティ（１３例） ３５ｃ 屈曲部 ３６ａ、３６ｂ 補強スティ ３７ａ、３７ｂ
主スティ（１４例） ３７ｃ 屈曲部 ３８ａ、３８ｂ
補強スティ ３９ａ、３９ｂ 主スティ（１５例） ３９ｃ 屈曲部 ４０ａ、４０ｂ 補強スティ ４１ 主スティ
（１６例） ４１ｃ 屈曲部 ４２ａ、４２ｂ
補強スティ ４３ａ、４３ｂ 主スティ（１７例） ４３ｃ 屈曲部 ４４ａ、４４ｂ 補強スティ ４５ａ、４５ｂ
主スティ（１８例） ４５ｃ 屈曲部 ４６ 補強ステ
ィ

フロントページの続き (72)発明者 前川 竜 東京都小金井市梶野町３−７−２ 法政大 学 工学部内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １以上の隅部を有する中空部材であっ
   て、荷重の作用方向で相対する壁間に、屈曲部を形成し
   た一対の主スティを、屈曲部の屈曲方向が互いに反対方
   向となるように配設し、この一対の主スティの屈曲部間
   に補強スティを配設したことを特徴とする補強構造を有
   する構造部材。
2. 【請求項２】 １以上の隅部を有する中空部材であっ
   て、荷重の作用方向で相対する壁間に、屈曲部を形成し
   た主スティを配設し、この主スティの屈曲部と相対する
   中空部材の壁との間に補強スティを配設したことを特徴
   とする補強構造を有する構造部材。
3. 【請求項３】 補強スティの屈曲部と相対する中空部材
   の壁に、座屈主荷重を中央部側に誘導する屈曲部が形成
   されていることを特徴とする請求項２記載の補強構造を
   有する構造部材。